固体介质的击穿

    在电场作用下，固体介质的击穿可能因电过程(电击穿)、热过程(热击穿)、电化学过程(电化学击穿)而引起。固体介质击穿后，会在击穿路径留下放电痕迹，如烧穿或熔化的通道以及裂缝等，从而永远丧失其绝缘性能，故为非自恢复绝缘。

    实际电气设备中的固体介质击穿过程是错综复杂的，它不仅取决于介质本身的特性，还与绝缘结构型式、电场均匀度、外加电压波形和加电压时间以及工作环境(周围媒质的温度及散热条件)等多种因素有关，所以往往要用多种理论来说明其击穿过程。

    常用的有机绝缘材料，如纤维材料(纸、布和纤维板)以及聚乙烯塑料等，其短时电气强度很高，但在工作电压的长期作用下，会产生电离、老化等过程，从而使其电气强度大幅度下降。所以，对这类绝缘材料或绝缘结构，不仅要注意其短时耐电特性，而且要重视它们在长期工作电压下的耐电性能。

    固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直接使介质破坏并丧失绝缘性能的现象。固体介质中存在少量处于导带能级的电子(传导电子)，它们在强电场作用下加速，并与晶格结点上的原子(或离子)不断碰撞。当单位时间内传导电子从电场获得的能量大于碰撞时失去的能量，则在电子的能量达到了能使晶格原子(或离子)发生电离的水平时，传导电子数将迅速增多，引起电子崩，破坏了固体介质的品格结构，使电导大增而导致击穿。

    在介质的电导(或介质损耗)很小、又有良好的散热条件以及介质内部不存在局部放电的情况下，固体介质的击穿通常为电击穿，其击穿场强一般可达10⁵~10⁶kV/m，比热击穿时的击穿场强高很多，后者仅为103~10⁴kV/m。

    电击穿的主要特征为：击穿电压几乎与周围环境温度无关；除时间很短的情况外，击穿电压与电压作用时间的关系不大；介质发热不显著；电场的均匀程度对击穿电压有显著影响。

    热击穿是由于固体介质内的热不稳定过程造成的。当固体介质较长期地承受电压的作用时，会因介质损耗而发热，与此同时也向周围散热，如果周围环境温度低、散热条件好，发热与散热将在一定条件下达到平衡，这时固体介质处于热稳定状态，介质温度不会不断上升而导致绝缘的破坏。但是，如果发热大于散热，介质温度将不断上升，导致介质分解、熔化、碳化或烧焦，从而发生热击穿。

    固体介质在长期工作电压的作用下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化、电气强度逐步下降并引起击穿的现象称为电化学击穿。在临近最终击穿阶段，可能因劣化处温度过高而以热击穿形式完成，也可以因介质劣化后电气强度下降而以电击穿形式完成。局部放电是介质内部的缺陷(如气隙或气泡)引起的局部性质的放电。局部放电使介质劣化、损伤、电气强度下降的主要原因为：①放电过程产生的活性气体O₃、NO、NO₂等对介质会产生氧化和腐蚀作用；②放电过程有带电粒子撞击介质，引起局部温度上升、加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增加；③带电粒子的撞击还可能切断分子结构，导致介质破坏。局部放电的这几方面影响，对有机绝缘材料(如纸、布、漆及聚乙烯材料等)来说尤为明显。

    电化学击穿电压的大小与加电压时间的关系非常密切，但也因介质种类的不同而异。绝缘材料中因小曲率半径电极、微小空气隙、杂质等因素而出现高场强区时，往往在此处先发生局部的树枝状放电，并在有机固体介质上留下纤细的沟状放电通道的痕迹，这就是树枝化放电劣化。

    在交流电压下，树枝化放电劣化是局部放电产生的带电粒子冲撞固体介质引起电化学劣化的结果。在冲击电压下，则可能是局部电场强度超过了材料的电击穿场强所造成的结果。

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